第5讲-典型构件设计祥解.pptVIP

胶接连接设计 待胶接表面的纤维方向最好与载荷方向一致(或成45度角)；不能与载荷方向垂直，以免过早发生胶接处层间剥离破坏．两个相贴合待胶接件表面泊松比应尽量匹配。 承受动载荷时，应选用低模量韧性胶粘剂，高温工作时，要注意热膨胀系数匹配 工艺尽可能简单，以降低制造成本 螺栓连接设计 螺栓连接设计 螺栓连接设计 螺栓连接设计 复合材料机械连接强度及破坏模式与接头的几何参数、纤维种类及铺层方向等多种因素有关。应设计为与挤压破坏有关的破坏形式 机械连接设计的原则 推荐使用高锁螺栓以及专门为复合材料设计的虎克铆钉、高锁环槽铆钉等紧固件。紧固件材料应使用钍合金或不锈钢，并采用涂以密封胶的湿装配，以防止电偶腐蚀。对结构整体油箱区的紧固件应采用密封措施，如涂密封胶或加塑料帽套等。 机械连接设计的原则 碳纤维复合材料呈脆性，多钉连接时．脆性使各钉孔的承载严重不均。加之孔引起的应力集中比金属结构严重。故如有可能，尽量采用不多于两排的多钉连接；并建议选用比铝结构更大的端距；构件的铺层中45度层一般不少于40％，90度层至少占10％比较合理，也可以在连接区采用碳纤一玻纤混杂构成刚度较小的软化带，它对连接强度有所改善。 机械连接设计的原则 接头形式与金属结构类似，双剪较单剪接头好，斜削和阶梯形接头可改善多钉连接时钉载分配的不均匀性 一、“纤维取向”设计 新的复合材料结构方案 “纤维取向”设计的目标是力求最大限度地利用纤维复合材料的方向性，以及保持结构中传力路径的连续性。 在结构设计时，为保持纤维及其承载路径的连续性，应尽量避免纤维中断。 解决载荷参与问题的设计措施是布置相应的传力元件将轴向力转化为剪切力或是将分散的轴向力聚集为集中的轴向力，反之亦可。因此，结构中将要出现一个传力参与区。由于力学特性的差异，复合材料结构的传力参与区比金属结构的要大。一种创新的设计构想是将一个层合板的全部或部分纤维聚集成为一个或几个承力接头以集中传力。 “纤维取向”设计 采用网格结构，在网格交叉处不同方向的纤维可以相互交叠而不必断开，从而保持了纤维的连续和平直。对于圆柱和圆锥形壳体来讲，采用网格结构更是一种高效率结构，因其能进一步增大壳体的承载能力和提高结构的使用效率。 整体化”设计 “整体化”设计的目标是力求充分利用复合材料的加工特点和不断创新的工艺方法，提高复合材料结构的整体化程度 纤维缠绕成形是一种先进的工艺方法，能充分发挥连续作业的特点，也可以充分利用纤维的承载能力。火箭壳体大都采用这种成形工艺，随着缠绕技术的不断发展，已逐步扩大到某些机体结构。 整体化设计 整体化”设计 采用全高度蜂窝夹层结构进行设计 采用预成形织物和RTM工艺制造整体件。 翼身融合整体件研制与设计，可以充分利用复合材料的优点，改善结构的受力特性，显著地降低结构重量。 其他新型结构方案设计 中空台阶网格结构。这项设计包括蒙皮和预制好的中空台阶网格，网格安装在蒙皮上。整体结构可制成一个整体件而不需额外的紧固件，从而可在保证足够的强度和刚度条件下减轻结构重量。 三、其他新型结构方案设计 整体预应力加筋壁板。受土木工程中预应力钢筋混凝土结构的启迪，在某些复合材料结构中也可采用预应力结构。 可以在整体加筋壁板的筋条处嵌入加有预拉力的高拉伸强度纤维束，从而进一步提高结构的承载能力。 连续碳纤维网架穿插，三维编织，有效避免分层问题 该结构节点由纤维交叉而成，加以树脂基固化 纤维增强树脂基点阵复合材料 (试验为主) (模拟为主) 图11 DARPA Accelerated Insertion of Materials-Composites 改进的积木式方法 复合材料及其结构易于实现智能元件集成 机体结构监测与评估 * * * * * 复合材料典型结构件设计 张纪奎 zjk@buaa.eud.cn 继教楼205 提纲 壁板设计 结构连接设计 创新结构设计 壁板设计 按结构形式可分为单向加筋板、格栅壁板、多腹板结构壁板等 目前翼面壁板使用较多，这主要由于 1、应变／应力水平高，更容易发挥复合材料性能上的优势，减重效果明显； 2、外形简单，一般为单曲度，制造相对容易； 3、结构简洁，开口较少，需经常检查维护部位不多，形成维护损伤的可能性也较少。 单向加筋壁板 只有纵向加筋 格栅壁板 纵、横向筋条与蒙皮一起，一次固化成形，结构的整体性好，重量轻，壁板外表面光整，但制造复杂。 加筋条的截面形状 开剖面加强筋工艺性明显优于闭剖面加筋强筋； 闭剖面加强筋的扭转刚度和弯曲稳定性能大大优于开剖面加强筋。 加筋条的截面形状 从蒙皮与加强筋结合考虑，L形（角形）加强筋易发生分层，应认真设计。T形和II形剖面推荐选择。 加筋板的破坏形式 加筋壁板的结构设计